Apakah perjalanan antarbintang itu nyata?

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-16 16:08

Penulis artikel menceritakan secara rinci tentang empat teknologi menjanjikan yang memberi orang kesempatan untuk mencapai tempat mana pun di Semesta selama satu kehidupan manusia. Sebagai perbandingan: menggunakan teknologi modern, jalur ke sistem bintang lain akan memakan waktu sekitar 100 ribu tahun.

Sejak manusia pertama kali melihat ke langit malam, kita telah bermimpi mengunjungi dunia lain dan melihat alam semesta. Dan meskipun roket berbahan bakar kimia kita telah mencapai banyak planet, bulan, dan benda-benda lain di tata surya, pesawat ruang angkasa terjauh dari Bumi, Voyager 1, hanya menempuh jarak 22,3 miliar kilometer. Ini hanya 0,056% dari jarak ke sistem bintang terdekat yang diketahui. Menggunakan teknologi modern, jalur ke sistem bintang lain akan memakan waktu sekitar 100 ribu tahun.

Namun, tidak perlu bertindak seperti yang selalu kita lakukan. Efisiensi pengiriman kendaraan dengan massa muatan yang besar, bahkan dengan manusia di dalamnya, melalui jarak yang belum pernah terjadi sebelumnya di alam semesta dapat sangat ditingkatkan jika teknologi yang tepat digunakan. Lebih khusus lagi, ada empat teknologi menjanjikan yang bisa membawa kita ke bintang-bintang dalam waktu yang jauh lebih singkat. Di sini mereka.

satu). Teknologi nuklir. Sejauh ini dalam sejarah manusia, semua pesawat luar angkasa yang diluncurkan ke luar angkasa memiliki satu kesamaan: mesin berbahan bakar kimia. Ya, bahan bakar roket adalah campuran khusus bahan kimia yang dirancang untuk memberikan daya dorong maksimum. Ungkapan "bahan kimia" penting di sini. Reaksi yang memberikan energi ke mesin didasarkan pada redistribusi ikatan antar atom.

Ini pada dasarnya membatasi tindakan kita! Sebagian besar massa atom jatuh pada intinya - 99, 95%. Ketika reaksi kimia dimulai, elektron yang berputar di sekitar atom didistribusikan kembali dan biasanya dilepaskan sebagai energi sekitar 0, 0001% dari total massa atom yang berpartisipasi dalam reaksi, menurut persamaan Einstein yang terkenal: E = mc2. Ini berarti bahwa untuk setiap kilogram bahan bakar yang dimuat ke dalam roket, selama reaksi, Anda menerima energi yang setara dengan sekitar 1 miligram.

Namun, jika roket berbahan bakar nuklir digunakan, situasinya akan sangat berbeda. Alih-alih mengandalkan perubahan konfigurasi elektron dan bagaimana atom terikat satu sama lain, Anda dapat melepaskan energi dalam jumlah yang relatif besar dengan memengaruhi cara inti atom terhubung satu sama lain. Ketika Anda membelah atom uranium dengan membombardirnya dengan neutron, ia memancarkan lebih banyak energi daripada reaksi kimia apa pun. 1 kilogram uranium-235 dapat melepaskan sejumlah energi yang setara dengan 911 miligram massa, yang hampir seribu kali lebih efisien daripada bahan bakar kimia.

Kita bisa membuat mesin lebih efisien jika kita menguasai fusi nuklir. Misalnya, sistem fusi termonuklir terkontrol inersia, dengan bantuan yang memungkinkan untuk mensintesis hidrogen menjadi helium, reaksi berantai seperti itu terjadi di Matahari. Sintesis 1 kilogram bahan bakar hidrogen menjadi helium akan mengubah 7,5 kilogram massa menjadi energi murni, yang hampir 10 ribu kali lebih efisien daripada bahan bakar kimia.

Idenya adalah untuk mendapatkan percepatan yang sama untuk sebuah roket untuk jangka waktu yang jauh lebih lama: ratusan atau bahkan ribuan kali lebih lama dari sekarang, yang akan memungkinkan mereka berkembang ratusan atau ribuan kali lebih cepat daripada roket konvensional sekarang. Metode seperti itu akan mengurangi waktu penerbangan antarbintang hingga ratusan atau bahkan puluhan tahun. Ini adalah teknologi yang menjanjikan yang akan dapat kita gunakan pada tahun 2100, tergantung pada kecepatan dan arah perkembangan ilmu pengetahuan.

2). Seberkas laser kosmik. Ide ini merupakan inti dari proyek Breakthrough Starshot, yang menjadi terkenal beberapa tahun lalu. Selama bertahun-tahun, konsep tersebut tidak kehilangan daya tariknya. Sementara roket konvensional membawa bahan bakar dan menghabiskannya untuk akselerasi, ide kunci dari teknologi ini adalah sinar laser yang kuat yang akan memberikan dorongan yang diperlukan pesawat ruang angkasa. Dengan kata lain, sumber percepatan akan dipisahkan dari kapal itu sendiri.

Konsep ini menarik sekaligus revolusioner dalam banyak hal. Teknologi laser berkembang dengan sukses dan menjadi tidak hanya lebih kuat, tetapi juga sangat terkolimasi. Jadi, jika kita membuat bahan seperti layar yang memantulkan persentase sinar laser yang cukup tinggi, kita dapat menggunakan tembakan laser untuk membuat pesawat ruang angkasa mengembangkan kecepatan kolosal. "Kapal luar angkasa" dengan berat ~ 1 gram diperkirakan akan mencapai kecepatan ~ 20% dari kecepatan cahaya, yang memungkinkannya terbang ke bintang terdekat, Proxima Centauri, hanya dalam 22 tahun.

Tentu saja, untuk ini kita harus membuat sinar laser yang sangat besar (sekitar 100 km2), dan ini perlu dilakukan di luar angkasa, meskipun ini lebih merupakan masalah biaya daripada teknologi atau sains. Namun, ada sejumlah tantangan yang perlu diatasi untuk dapat melaksanakan proyek semacam itu. Diantara mereka:

• layar yang tidak didukung akan berputar, diperlukan semacam mekanisme stabilisasi (belum dikembangkan);
• ketidakmampuan untuk mengerem ketika titik tujuan tercapai, karena tidak ada bahan bakar di kapal;
• bahkan jika ternyata menskalakan perangkat untuk mengangkut orang, seseorang tidak akan dapat bertahan dengan akselerasi besar - perbedaan kecepatan yang signifikan dalam waktu singkat.

Mungkin suatu hari nanti teknologi akan dapat membawa kita ke bintang-bintang, tetapi masih belum ada metode yang berhasil bagi seseorang untuk mencapai kecepatan yang setara dengan ~ 20% dari kecepatan cahaya.

3). Bahan bakar antimateri. Jika kita masih ingin membawa bahan bakar, kita dapat membuatnya seefisien mungkin: itu akan didasarkan pada pemusnahan partikel dan antipartikel. Tidak seperti bahan bakar kimia atau nuklir, di mana hanya sebagian kecil dari massa di kapal yang diubah menjadi energi, pemusnahan partikel-antipartikel menggunakan 100% massa partikel dan antipartikel. Kemampuan untuk mengubah semua bahan bakar menjadi energi pulsa adalah tingkat efisiensi bahan bakar tertinggi.

Kesulitan muncul dalam penerapan metode ini dalam praktik di tiga arah utama. Secara khusus:

• penciptaan antimateri netral yang stabil;
• kemampuan untuk mengisolasinya dari materi biasa dan mengendalikannya dengan tepat;
• menghasilkan antimateri dalam jumlah yang cukup besar untuk penerbangan antarbintang.

Untungnya, dua masalah pertama sudah dikerjakan.

Di Organisasi Riset Nuklir Eropa (CERN), di mana Large Hadron Collider berada, terdapat sebuah kompleks besar yang dikenal sebagai "pabrik antimateri". Di sana, enam tim ilmuwan independen sedang menyelidiki sifat antimateri. Mereka mengambil antiproton dan memperlambatnya, memaksa positron untuk mengikat mereka. Ini adalah bagaimana antiatom atau antimateri netral dibuat.

Mereka mengisolasi antiatom ini dalam wadah dengan berbagai medan listrik dan magnet yang menahan mereka di tempat, jauh dari dinding wadah yang terbuat dari materi. Saat ini, pertengahan 2020, mereka telah berhasil mengisolasi dan menstabilkan beberapa antiatom selama satu jam setiap kalinya. Selama beberapa tahun ke depan, para ilmuwan akan dapat mengontrol pergerakan antimateri dalam medan gravitasi.

Teknologi ini tidak akan tersedia bagi kita dalam waktu dekat, tetapi mungkin ternyata cara tercepat perjalanan antarbintang kita adalah roket antimateri.

4). Kapal luar angkasa pada materi gelap. Pilihan ini tentu saja bergantung pada asumsi bahwa setiap partikel yang bertanggung jawab atas materi gelap berperilaku seperti boson dan merupakan antipartikelnya sendiri. Secara teori, materi gelap, yang merupakan antipartikelnya sendiri, memiliki peluang kecil, tetapi bukan nol, untuk memusnahkan partikel materi gelap lain yang bertabrakan dengannya. Kita berpotensi dapat menggunakan energi yang dilepaskan sebagai akibat dari tumbukan.

Ada kemungkinan bukti untuk ini. Sebagai hasil pengamatan, telah ditetapkan bahwa Bima Sakti dan galaksi lain memiliki kelebihan radiasi gamma yang tidak dapat dijelaskan yang berasal dari pusatnya, di mana konsentrasi energi gelap seharusnya menjadi yang tertinggi. Selalu ada kemungkinan bahwa ada penjelasan astrofisika sederhana untuk ini, misalnya pulsar. Namun, ada kemungkinan bahwa materi gelap ini masih memusnahkan dirinya sendiri di pusat galaksi dan dengan demikian memberi kita ide yang luar biasa - sebuah kapal luar angkasa tentang materi gelap.

Keuntungan dari metode ini adalah bahwa materi gelap benar-benar ada di mana-mana di galaksi. Ini berarti kita tidak perlu membawa bahan bakar dalam perjalanan. Sebagai gantinya, reaktor energi gelap hanya dapat melakukan hal berikut:

• ambil materi gelap apa pun yang ada di dekatnya;
• mempercepat pemusnahannya atau membiarkannya memusnahkan secara alami;
• mengarahkan energi yang diterima untuk mendapatkan momentum ke arah yang diinginkan.

Manusia dapat mengontrol ukuran dan kekuatan reaktor untuk mencapai hasil yang diinginkan.

Tanpa perlu membawa bahan bakar ke pesawat, banyak masalah perjalanan ruang angkasa yang digerakkan oleh tenaga penggerak akan hilang. Sebaliknya, kita akan dapat mencapai impian berharga dari perjalanan apa pun - akselerasi konstan tanpa batas. Ini akan memberi kita kemampuan yang paling tidak terpikirkan - kemampuan untuk mencapai tempat mana pun di Semesta selama satu kehidupan manusia.

Jika kita membatasi diri pada teknologi roket yang ada, maka kita akan membutuhkan setidaknya puluhan ribu tahun untuk melakukan perjalanan dari Bumi ke sistem bintang terdekat. Namun, kemajuan signifikan dalam teknologi mesin sudah dekat, dan akan mengurangi waktu tempuh hingga satu nyawa manusia. Jika kita dapat menguasai penggunaan bahan bakar nuklir, sinar laser kosmik, antimateri atau bahkan materi gelap, kita akan memenuhi impian kita sendiri dan menjadi peradaban luar angkasa tanpa menggunakan teknologi pengganggu seperti warp drive.

Ada banyak cara potensial untuk mengubah ide berbasis sains menjadi teknologi mesin generasi masa depan yang layak dan nyata. Sangat mungkin bahwa pada akhir abad ini, pesawat ruang angkasa, yang belum ditemukan, akan menggantikan New Horizons, Pioneer, dan Voyager sebagai objek buatan manusia yang paling jauh dari Bumi. Ilmu sudah siap. Tetap bagi kita untuk melihat melampaui teknologi kita saat ini dan membuat mimpi ini menjadi kenyataan.